Прочность и деформации бетона

Прочность бетона определяется в основном величиной соотношения количества воды и цемента по весу в исходной тА и активностью цемента R ц. Закон водо-цементного отношения подтверждается широким диапазоном изменения В/Ц, примерно начиная с jy = 0,25. Прочность бетона на портландцементе при этом может достигать ^с я^ « 15004-1700 кГ/см2 на сжатие и Rv = 60-^-70 кГ/см2 на растяжение. Можно считать, что для большого диапазона прочностей и цементов эта связь выражается в виде (1.1). Формулы подобного типа имеют тот недостаток, что в них входят лишь начальные параметры бетонной смеси и в самом общем виде. Они не содержат характеристик структуры новых образований и тех параметров, которые определяют процессы их создания. В последнее время предлагается оценивать прочность бетона с учетом физико-химических параметров структуры цементного камня.Принимается, что прочность бетона определяется приведенной прочностью кристаллического сростка, которая в свою очередь связана с пористостью гидратных образований 156]. При построении формулы прочности, основанной на учете разности объемных весов гидратных новообразований, учитывается количество химически связанной воды. При оценке прочности по концентрации новообразований в данный момент времени ( метод разработан в Харьковском Промстройниипроекте М. И. Стрельниковым, Я. И. Табачишиным и М. В. Полетиком) концентрацию новообразований вычисляют с учетом количества химически связанной воды, объема пор, минералогического состава цемента и В/Ц бетонной смеси. Авторы показывают, что прочность цементного камня из различных цементов, затворенных разным количеством воды, является линейной функцией количества связанной воды (рис. 6). Связь между пористостью цементного камня и характеристиками прочности и деформативных свойств бетона исследовалась также в работах С. В. Шестоперова. При дальнейшем проведении исследований в указанном направлении необходимо учитывать, что ни в одной из формул для оценки прочности затвердевшего бетона не отражен процесс разрушения. Между тем показано, что разрушение бетона как материала начинается с микроразрушений, которые затем развиваются и приводят к потере несущей способности конструкции. Было бы желательно прочностные характеристики определять из уравнения деформаций материала под нагрузкой. Однако пока не удается найти удовлетворительного решения этой задачи. Например, Е. Рейниус предлагает рассматривать материал как сложную статически неопределимую пространственную решетчатую систему, в которой под действием нагрузки постепенно разрушаются связи между узлами решетки. В этом случае мы получаем аналитические зависимости между деформациями и возникающими напряжениями, которые совпадают с наблюдаемыми экспериментально. Модель Е. Рейниуса, конечно принципиально, правильно отражает процесс, который происходит в материале, но сильно упрощает его. Учитывая постепенный характер разрушения бетона под нагрузкой сжатия, можно объяснить изменение прочности бетона в зависимости от скорости возрастания нагрузки, так как это связано со скоростью развития разрушений. При больших скоростях возрастания внешней нагрузки процессы микроразрушений запаздывают, что повышает величину нагрузки, соответствующей стадии разрушения. При длительной выдержке нагрузки прочность снижается за счет того, что микроразрушения проходят с очень малой скоростью. Связь деформативных и прочностных свойств бетона, как и всякого другого материала, отражается в диаграмме сжатия или растяжения. Для функциональной связи между а и е были предложены многочисленные формулы. Недостаток большинства формул состоит в том, что в них не учитывались конкретные свойства материала и связывалась только продольная деформация ei с наибольшим нормальным напряжением о±. Между тем свойства бетона наиболее отчетливо проявляются при анализе его объемных деформаций. Сложность анализа состоит в том, что обе упругие характеристики бетона, принимаемые в механике сплошных сред в виде констант (коэффициент Пуассона i и модуль упругости Еб), изменяются в процессе нагружения, и закон объемного деформирования с некоторых уровней напряжений все больше отличается от закона упругого изменения объема материала, определяемого уравнением, где tff — среднее нормальное напряжение, равное 1/3(I + + о2 + а3); 6 — объемная деформация в окрестности данной точки, равная 0 = et + е2 + е3. Характерные для бетона диаграммы объемного деформирования при сжатии (рис. 7, а) свидетельствуют о том, что при возрастании нагрузки выше определенного предела экспериментальные данные перестают отвечать закону упругого изменения объема. Для построения диаграммы сжатия следует пользоваться такими уравнениями, которые отражали бы также закономерности изменения объема образца, коэффициента поперечной деформации и модуля упругости. Величины предельной продольной деформации сжатия могут быть установлены по эмпирической формуле (V.19), предложенной Г. Н. Писанко. В зависимости от соотношения интенсивности развития продольных и поперечных напряжений объем образца может изменяться по двум кривым (кривые / и 2 на рис. 7, а). Физический смысл процессов, выражаемых обеими кривыми, пока не ясен.